AA82276761 2014-11-6 08:14
運輸機防衛能力
近年來的一些地區性非對稱軍事衝突中，參戰國都依賴運輸機完成大規模軍事人員及物資的遠距離境外部署，使得運輸機成為戰場後勤補給的命脈，也成為敵方游擊隊或反抗軍的第一攻擊目標。運輸機的體型大、速度慢，是地面防空系統的最佳攻擊目標，若遇上機動性強大的肩射防空飛彈，更幾乎難以倖免，因此運輸機的自我防護已成為許多國家空軍的重要課題。
二次大戰以來，運輸機的應用與日俱增，冷戰結束後，全球不斷發生地區性衝突的新局勢更助長了這個趨勢。運輸機隊是快速運送作戰部隊遠赴戰區的唯一憑藉，在各種軍事作戰中扮演著舉足輕重的角色，是現代化武裝部隊不可或缺的一部分，因此也成為敵人極欲除之而後快的第一目標。
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現代化武裝部隊快速部署全得依賴運輸機，伊拉克戰爭中美軍的C-17運送大量軍事人員及物資到戰區
運輸機的設計發展以往一向偏重於載貨量和航程，生存性和防護性則被認為沒那麼重要而被冷落一旁，20世紀50~60年代的一些主要國際衝突，如：越戰、韓戰、柏林危機…等，運輸機群基本都在戰區外飛行，一般不直接面對敵方威脅，所以上述看法在當時似乎言之成理，但隨著肩射防空導彈（man-portable missiles，MANPADS）的引入戰場並散播世界各地後，現在情況已完全改觀。
全球至今生產的肩射防空導彈超過50萬具，俄羅斯早期生產的“箭”式（Strela）（北約編號SA-7 Grail“聖杯”）已經過多次性能改良並授權多國生產，如：中國大陸（紅纓-5）、埃及、北韓、巴基斯坦、南斯拉夫，擁有它的國家超過60個；而俄羅斯最近生產的“箭3”（Strela 3，北約編號SA-14 Gremlin“小妖精”），更以驚人的速度擴散。美國製造的“毒刺”導彈至少在26個國家服役；法國西北風（Mistral）總生產量超過12,500枚，在21個國家33個軍種服役，全球很多恐怖組織擁有這類型武器。
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阿富汗游擊隊使用“毒刺”設計米-24
肩射防空導彈的典型射程是5到8公里，可攻擊飛行高度3600米下的飛機，20世紀80年代中期的蘇聯入侵阿富汗時，世人充分領教了它的威力。戰爭初期，蘇聯空軍的米-24攻擊直升機縱橫戰場上空，如入無人之境，阿富汗游擊隊在地面毫無還手之力，被打得潰不成軍，等到美國暗中提供雷神公司（Raytheon）的“毒刺”（Stinger）肩射防空導彈給游擊隊後，情況馬上改觀，游擊隊以“毒刺”導彈擊落了約270架的蘇聯軍機，除了米-24外還包括蘇-25蛙足式（ Frogfoot）對地攻擊機，獵殺率超過80%，蘇聯戰鬥機從此不敢再低空飛行攻擊阿富汗游擊隊。
飛行速度緩慢的運輸機更是肩射防空導彈的最佳目標，特種部隊及游擊隊持有肩射防空導彈後，就能在機場附近任意攻擊起降中的運輸機。第一個受害者是入侵阿富汗的蘇聯運輸機，逼得蘇聯必須在喀布爾（Kabul）機場內以繁複的措施來防護運輸機的起降安全；而美國及北約盟國在科索沃及伊拉克戰爭中，也有多架運輸機遭到肩射防空導彈的毒手。
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原本是步兵防空武器的肩射防空導彈，現已成為游擊隊或恐怖分子攻擊運輸機的利器
1993年9月3日，一架意大利空軍的G-222運輸機，在薩拉熱窩（Sarajevo）機場準備進場時，被1枚俄羅斯製造的SA-7肩射防空導彈擊落。
2002年8月19日，一架俄羅斯的米-26軍用運輸直升機準備在車臣（Chechnya）的格羅斯尼（Grozny）機場降落時，被車臣游擊隊以肩射防空導彈擊落，機上117名軍人中有85名喪生，其餘32名重傷。
2003年11月，一架DHL的A300B4貨運包機，在巴格達機場起飛到約2400米高度時，遭到SA-14 Grelmin（“小妖精”）肩射防空導彈的攻擊，機上的3套液壓系統全毀，飛機失去控制，駕駛員靠著設定發動機推力，將飛機緊急降落。
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2003年11月，一架DHL的A300B4貨運包機在巴格達機場附近遭到SA-14攻擊
2003年11月2日，一架美國陸軍的CH-47“支奴干”（Chinook）運輸直升機，在巴格達西方被一枚SA-7肩射防空導彈擊落，機上37名軍人中有16名喪生，21名重傷。
2003年12月，一架美國空軍的C-17運輸機，載著46名乘客和機組人員，也是在巴格達機場起飛時，遭到SA-14導彈的攻擊，所幸飛機由駕駛員緊急安全降落。
2005年1月26日，一架美國海軍陸戰隊的CH-53“海種馬”（Sea Stallion）直升機，在伊拉克北方沙漠靠近約旦邊界處遭防空導彈擊落，飛行員和機上30名陸戰隊員全數喪生，造成美國自2003年3月入侵伊拉克以來，人員死傷最慘重的單一事件。
2005年1月30日，一架英國空軍的C-130K運輸機由巴格達機場飛往北邊的美軍後勤基地時，在機場西北方30公里處被防空導彈擊落，機上10名軍人全數喪生。
2006年5月6日，一架英國海軍的“山貓”（Lynx XZ614）AH.7直升機，在伊拉克巴士拉市（Basra）上空以中高度飛行執行偵察任務時，被游擊隊的肩射防空導彈擊落，機上5名人員重傷。
2007年5月30日，一架美國陸軍的CH-47“支奴干”運輸直升機，載運北約的國際安全協助部隊（International Security Assistance Force），在阿富汗的赫爾曼德省（Helmand）上空，被塔里班（Taliban）游擊隊的火箭擊落，機上7名人員全數喪生。
2009年1月26日，二架美國陸軍的OH-58D“奇奧瓦”（Kiowa）戰場觀察直升機在巴格達機場北邊約250公里處墜毀，機上4人全部喪生，伊拉克游擊隊宣稱是被他們擊落的，但遭美軍否認。
這些屢次發生的攻擊事件，清楚顯示慢速飛機已成為敵人最易攻擊的目標，運輸機的自我防護因而成為整體性能需求的一部分，新一代的運輸機如：C-17、C-130J、A-400M ，已將上述情況列入設計考慮中，現役舊型運輸機也有多樣化的返廠改裝計劃，以安裝自我防護系統。具備最大程度的生存性已是今後運輸機的基本需求。
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美國空軍C-17運輸機發射熱焰彈的壯觀場景
戰場威脅
戰場上對軍用運輸機的威脅程度，根據戰區的情況一般分為輕、中、高這3級：輕度威脅是指具有中、小口徑（不超過14.5毫米）的重型機槍，以及紅外制導肩射防空導彈。這是非常普遍的威脅，一般就是特種部隊在機場附近活動的場景。當敵軍無法維持一定的兵力部署時，這就是最典型的佈置，也是維和任務最可能碰到的情況。
中度威脅是指具有較精密的自行防空火砲以及地對空防空導彈，一般搭配有跟踪搜索雷達以及光電支持裝備，戰場上或多或少有些正規部隊。自行防空火砲的機動性高，可能以自動模式操作，也可能納入中層級的指揮、控制架構下。在標準作業程序下，運輸機不應靠近中度威脅戰區，不過現今的部隊運動非常迅速，因此難免有失算的時候。
重度威脅是指具有精密的防空指揮架構，指揮高性能的面對空導彈及戰鬥機。此種等級的威脅是激烈衝突中的典型場景，運輸機絕對不能飛臨其上空。
要減輕運輸機執行任務的風險，所採取的反制措施取決於戰區情況和威脅程度，與運輸機的性能及飛行計劃也有關。
運輸機先天生存能力就比戰鬥機差，體型大、速度慢、動作遲鈍、還有大的雷達截面積（Radar Cross Section）、顯著的紅外信號特徵…等。這些弱點有的可在設計階段設法加強，有的就只能在機上安裝自我防護系統，針對威脅的攻擊跟踪、制導方式，設法削弱其危害程度。
要裝何種系統，得先對預期的威脅程度有正確的評估。配備一些基本防護裝備後，運輸機就能應付輕度威脅，若再增加一些先進裝備，也可以對付中度威脅，但在重度威脅的戰區，實在沒有運輸機活動的空間。
自我防護
運輸機的基本自我防護架構，至少要能對付紅外制導面對空導彈的輕度威脅，因此基本配備就是導彈發射警告器（Missile Launch Warner）。此處要注意“發射”這兩個字，這種警告器為全被動式監測，因此無法發現地面是否有導彈，但能在導彈發射的瞬間，察覺導彈火箭推進器耀眼的紅外信號。導彈發射警告器通常會與箔條彈及熱焰彈相搭配，由警告器控制箔條彈及熱焰彈的拋投時機。
這套基本自我防護架構還可以擴充，增加較複雜的裝備以跟踪導彈的軌跡，在最適當的時間進行反制。譬如美國的先進威脅紅外反制（Advanced Threat Infra-Red Counter Measures，ATIRCM）系統，就是以搜索跟踪傳感器和激光或紅外線光源，對導彈的引導頭進行干擾。
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英國空軍C-17運輸機艙門後方是大型飛機紅外反制系統跟踪傳感器及激光干擾器機座，艙門正前方是導彈逼近警告器
導彈發射警告器的反應必須非常迅速，以一飛行於4,500米高度的運輸機為例：當一距離約8公里外的肩射防空導彈以它為攻擊目標時，目視確認耗時3秒鐘、啟動武器約1到2秒、讓陀螺儀旋轉3秒鐘、再用3到4秒鐘的時間來瞄準、發射。總計在發射前約耗時10到12秒，導彈飛行的時間約為3到7秒，因此當敵方發現我方運輸機後大約13到19秒，導彈就會擊中我機，導彈發射警告器必須在導彈發射後的短短數秒內，實時提出警告。
至於來自輕型武器的威脅，目前尚無任何系統可預先警示，唯一的反制方式就是遠離（這點說比做容易），並在機上加防彈裝甲以防護機艙及其它重要的部位。
美國空軍的C-17在派遣到科索沃執行運輸任務前，就在駕駛艙的內部裝上由卡維拉（Kevlar）和陶瓷（ceramic）複合材料製成的裝甲以抵擋輕武器攻擊。美國空軍也由1993年起在C-130的駕駛艙內加裝由英國氣動顧問公司（Aero Consultants）所發展的裝甲罩（Armour shield）和防彈座椅，它由防彈級陶瓷和芳香族（Aramid ）纖維強化複合材料製成，防護駕駛艙需80到100片。
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C-130駕駛艙內機組人員的防彈座椅
自我防護系統也需有適當的戰術動作來配合，例如蘇聯運輸機在阿富汗戰場上就採用高空巡航和大角度進場方式，減少暴露於肩射防空導彈和輕型武器面前的時間。機場周遭的安全管制也同樣重要，必須經常進行直接監視和重複性的長距離地面巡邏；當然，這些戰術動作和地面防護行動是已經全盤掌握戰區整個情況及威脅可能位置的結果。在維和任務的初期階段，對當地的各種武力尚不清楚時，這種防護方式的成效甚微。
對付中級威脅要有雷達警告接收機（Radar Warning Receiver），當發現敵方雷達站時會警告機員此雷達的位置、型態、指揮的武器種類，並建議一較安全的飛行航線，彌補運輸機動作遲鈍的缺點。雷達警告接收機也能與箔條彈，熱焰彈、誘餌（decoy）相搭配。
此處要注意誘餌的特性，因為大多數的誘餌都是為戰鬥機而設計的，而運輸機和戰鬥機的雷達截面積差異甚大，彼此動作特性也不同，例如運輸機經常會做繞圈（circling）飛行，在空中形成一相當大的亂流面，若又是四螺旋槳大型運輸機，亂流與螺旋槳尾流產生的合成效應會讓誘餌的效果大打折扣，所以誘餌在運輸機上的使用會有所限制。比較全面的自我防護系統還應包括主動式干擾器，例如激光警告接收機對激光制導導彈、激光測距儀、及激光指示器就很有效。
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戰鬥機使用的拖曳式誘餌並不適合運輸機
紅外反制
不論是面對空、空對空紅外制導導彈，都使用被動紅外制導原理，根據目標的紅外信號自動完成目標的搜索及跟踪。
根據英國航宇系統（BAE Systems）一份解密的文件，在1973年到2002年的這30年間，全球共有1,650架的軍機（包括：戰鬥機、直升機、運輸機）遭導彈及地面防空砲火擊落，其中遭紅外制導導彈（包括空對空及空對地）擊落的佔49%，遭防空砲火擊落的佔29%，遭雷達製導導彈擊落的佔14%，原因不明者佔8%。紅外制導導彈擊落的戰鬥機最多，清楚顯示紅外制導導彈的危險。
就運輸機而言，最危險的紅外制導威脅是地面發射的防空導彈，尤其是肩射防空導彈，因此紅外反制被列為運輸機防護的第一要務。
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英國空軍C-130機身兩側安裝的AN/ALQ-157紅外干擾器
被動式反制
面對敵方威脅，自我防護系統的首要需求就是探測到導彈發射的尾焰後立即警告機組。導彈發射警告器的典型工作波長為3到5微米，為了提供360度的防護通常採掃描模式或星形排列模式。掃描模式是以數量有限的換能器（transducer）和一組反射面循序掃描特定的空域；星形排列模式則是用許多換能器直接監視所需的防護範圍。
導彈發射警告器的關鍵技術就是虛警率，也就是說在儀器靈敏度和錯誤率之間如何取捨。這是因為導彈發射警告器的工作負荷遠比紅外制導導彈引導頭重，引導頭只需從單純的背景中分辨出目標，導彈發射警告器則須由地面混亂的背景，如火焰或高熱物體中分辨出導彈發射的尾焰。要降低虛警率、提升可靠度，目前還沒有徹底的解決手段，只能通過強化信號處理、改變傳感器的放置位置、以及在系統內存內存放所有已知導彈紅外信號特徵來改善。
更好的解決方法是使用工作於紫外線（Ultra-Violet）波段的傳感器，這種探測器的優點是不需冷卻且噪聲來源少。自然界會發出紫外線的物體少之又少，因此若發現有紫外光，不是導彈尾焰就是其它人造來源，如電焊火焰，所以處理紫外線信號的過程較簡易，也能迅速正確地找到威脅位置。而紅外探測器得有個冷卻器，還要依賴大量運算去除眾多噪聲，所以系統笨重且反應速度慢。
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美國海軍陸戰隊C-130J擋風玻璃下方的AAR-47（V）2導彈逼近警告器
但紅外線探測器也不是一無是處，探測來襲導彈的到達角（angle-of-arrival）就相當精確，在大多數天候情況下的性能表現也都讓人滿意。紫外線容易受大氣乾擾，尤其在工業污染區域，空氣中滿溢的臭氧會吸收紫外線輻射，並且探測導彈的到達角不夠精確。機型龐大、踪跡顯著的運輸機即使安裝了激光干擾器，也必須在相當距離外對來襲導彈進行干擾，在污染空氣中若使用紫外線探測器，所測得的導彈距離就會有失準確。
導彈發射警告器常與導彈逼近警告器相結合形成主動式雷達系統，跟踪逼近中的導彈，由於任何雷達系統都會以適當的技術，如高脈衝重複頻率（High Pulse Repetition Frequency）來抑制噪聲，因此虛警率就比較不需費心。導彈逼近警告器所提供的信息能補充導彈發射警告器的警示功能，確定飛機的確遭受導彈攻擊；導彈逼近警告器探測到的導彈航向、速度、距離…等數據經由計算機計算分析後，就能建議適當的閃避動作，或是在最適當的時間拋投箔條彈及熱焰彈。導彈逼近警告器為主動式系統，持續向外發射電磁波，在某些情況下可能會洩漏我機行踪，因此目前已在開發被動式系統。
現在的紅外制導導彈已能分辨各種熱焰彈和飛機尾焰的頻譜踪跡，有些甚至還具備辨識目標運動的能力，能分辨熱焰彈和飛機的飛行軌跡。美國因此開發了特殊材料誘餌（Special Materials Decoys），以往的鎂材熱焰彈會產生大量、持續好幾秒的紅外線輻射，還伴隨肉眼輕易可見的火光及濃煙；而特殊材料誘餌內部是許多的薄金屬箔片，在空中大約2秒鐘就會燒盡，所發出的紅外線輻射與載機的較接近，引誘導彈的能力較強。
主動式反制
除了上述被動式反制外，運輸機也能採取主動式反制來對付紅外制導導彈，在來襲導彈的控制系統內產生大量噪聲或以錯誤的信息迷惑它。
噪聲反制系統也稱飽和乾擾器（Saturation Jammer），是一種工作於紅外線波段的發射器，所發射的能量會使導彈的引導頭飽和甚至損壞。這種干擾器需要很大的能量，還得有很精確的瞄準，才能在短時間內把足夠的能量投射到體型小、快速飛行、動作靈活的導彈，技術上極富挑戰性。
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LAIRCM系統的跟踪傳感器及紫外線導彈警告系統
美國空軍各型運輸機現正安裝中的大型飛機紅外反制（Large Aircraft Infra-red Countermeasure，LAIRCM）系統，是目前唯一可反制各种红外制導導彈的機載系統，包含諾格（Northrop Grumman） AN/AAR-54（V）紫外線導彈警告系統（Missile Warning System）傳感器，探測導彈尾焰發出的紫外光以提出警告，每具傳感器的防護範圍為120度，能清楚辨識導彈或噪聲；機身上安裝微調跟踪傳感器（fine-track sensor）及復仇者（Nemesis）激光發射器轉塔。當導彈發射時，導彈警告系統將探測的信號傳送給系統計算機，若分析判定是敵方導彈，微調跟踪傳感器會持續偏轉，讓傳感器牢牢鎖定來襲的導彈，再由激光發射器射出一經調變的高能量激光束，干擾或破壞導彈的製導裝置。
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美國空運司令部C-130運輸機機尾，安裝著LAIRCM激光發射器轉塔
迷惑式反制系統則不會傷害導彈的引導頭，而是讓它搞不清楚真正目標的所在。系統的設計方式有兩種：第一種稱為“熱塊”（hotbrick），把一塊鋁材加熱到高溫，散發的紅外線輻射經一由微電腦控制的機械活門，在交互開關下調變出最適合的波長以吸引特定的導彈。實質上此系統的行為很類似一強大的紅外線光源，遮蓋了飛機發動機的紅外線輻射，當導彈探測到此強大的紅外線光源時，會誤以為偏離目標而改變飛行方向，結果是越來越偏離真正的目標。
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ALQ-144“熱塊”紅外干擾機
“熱塊”的設計必須注意一些關鍵性需求：
系統必須提供360度的遮蔽，或至少防護導彈可能來襲的方向。
紅外線輻射必須強過飛機的紅外線，但又不能大到可分辨出是反制設施而被導彈棄之不顧。
機械式活門對紅外線輻射的調變，必須吻合被反制的導彈引導頭。
最後一項需求點出了“熱塊”系統的局限性。此系統的製造不難，但缺乏工作彈性，跟不上導彈引導頭的科技變化。其工作頻率與飛機的外形及活門速度都有關，若要改變工作頻率，就必須重新設計製造新件。
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俄羅斯開發的機尾火焰型誘餌
新設計是以電弧燈當做紅外線光源，並以特定的頻率將電弧燈開與關，調變出吸引導彈的特定波長。開關的頻率很容易改變，因此極富工作彈性，能趕上導彈引導頭的科技腳步，缺點是由於快速且持續不停地開與關，電弧燈的壽命只有幾百小時而已。
不論是“熱塊”或是電弧燈都要蓋上濾光鏡片，不能發出可見光，否則不啻是向敵人招手，無疑是引狼入室。
蘇聯入侵阿富汗期間，為了反制“毒刺”肩射防空導彈對運輸機的攻擊，開發出另一種誘餌設計：持續且均勻地將少量飛機燃油灑入飛機的尾流中，然後點燃形成維持相當時間的大火焰。與發動機尾焰比較，火焰的紅外線輻射能量是前者的數十倍以上，肩射防空導彈的引導頭很難不被吸引。由於這團火焰與飛機有相同的飛行速度，即使導彈引導頭有辨識目標運動的能力，也無法分辨兩者的飛行軌跡；而火焰和發動機尾焰所散射的頻譜及波長完全一樣，縱然某些導彈具備辨識頻譜的能力，也難以分出兩者的差異。
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LAIRCM中的“復仇者”激光發射器
雷達反制
運輸機的最大威脅是地面防空系統，要躲避地對空導彈的突襲，消極方式是運用雷達警告接收機進行閃躲飛行；積極方式則是以乾擾裝置迷惑地面的跟踪雷達，讓它無法鎖定目標。
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美國最新開發的全數字式AN/ALR-69A（V）雷達警告接收機，安裝於C-130運輸機上
雷達警告接收機的職責是接收敵方雷達發射的電磁波，警告飛行員敵方地面雷達正在跟踪飛機，可能會遭到地對空導彈或火砲的攻擊。雷達警告接收機以畫面及聲響兩種方式發出警示，某些雷達警告接收機能對特定的雷達發出特定的聲響，因此理論上而言，訓練良好的飛行員光憑警示聲響就能知道雷達的種類。
現代化的雷達警告接收機除了警示功能外還會顯示此雷達所搭配的武器類型，所以其設計上最重要的功能之一就是辨識不同等級的威脅，評估各雷達的威脅程度，避免對遙遠的雷達發出不必要的警訊。但在另一方面，運輸機不可能與戰鬥機一樣在導彈逼近時做出閃躲的大動作，因此雷達警告接收機必須能對各雷達的威脅程度訂出優先級，以儘早提出警示。
雷達警告接收機同時接收到的雷達波愈多，延遲警示或誤警的風險就愈高，當警告器以先後順序的方式處理這些雷達波時更是如此。現今的戰場上充斥著各式各樣的雷達，不見得都有辦法反製或干擾，依序的處理方式非常危險，因此運輸機的自我防護系統必須能同時分析各種雷達波，對最危險的提出警示，而且還得有一預備頻道以應付可能突然冒出來，我方無法辨識的新雷達波。
地面跟踪雷達一般都是脈衝（pulse）、多普勒（Doppler）、或圓錐掃描（conical scan）雷達，脈衝雷達在跟踪空中目標時會設定一個特定時間區段的距離門（Range Gate），只有在此時間區段內接收到的雷達回波才會進行分析處理，早於或晚於此時間區段的雷達回波都不予以理會。因此要迷惑脈衝雷達，可採用距離門拖引（Range Gate Pull-Off）的方法，由機上的干擾裝置發送模仿機體雷達回波的偽波，並逐漸提高功率完全掩蓋真正回波並緩緩延遲發送的時間，讓跟踪雷達誤認為目標正在飛離，於是調整距離門，一旦跟踪雷達的距離門只能接收到偽波後，飛機就立即關掉干擾裝置，跟踪雷達就失去了目標。
多普勒雷達跟踪目標是採用速度門（Velocity Gate）方式，在跟踪到空中目標時設定一個特定頻率區段，只有落於此頻率區段內的雷達回波才進行分析處理，因此可採用速度門拖引（Velocity Gate Pull-Off）的方式進行迷惑。機上的干擾裝置逐漸提高偽波功率並緩緩改變偽波的頻率，讓跟踪雷達誤認為目標正在改變飛行速度，於是調整速度門，之後的結果就是完全失去目標。
圓錐掃描雷達對電子乾擾幾乎完全無招架之力，機上的干擾裝置只需根據接收到的跟踪雷達波強度，發送一強度與其成反比的偽波，就會在跟踪雷達上產生一跟踪錯誤的信號，驅動跟踪天線偏離目標方位，進而喪失目標的所在。
後續發展
運輸機遭到肩射防空導彈攻擊時，若機上裝有各種反制裝備就能增強生存能力，最近的發展重點放在以戰術、機動動作、信號控制來強化生存能力。美國空軍第46測試聯隊（Test Wing）曾完成一項飛機對肩射防空導彈存活可行性聯合研究（Joint Aircraft Survivability to MANPADS），結論是︰大型飛機的戰術、技術、和程序雖都能提高遇到攻擊的生存能力，但還需改善飛機的抗損性做為第二道防線，讓飛機即使已遭到攻擊，仍能安全落地。